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1 概 述 智能儀器程控接口電路的設計，首先是根據儀器的功能確定該儀器的接口功能。文中所涉及的儀器是以MCS－51系列單片機作為內部控制器的高速數據采集裝置，由于A／D轉換器既要向計算機輸送采集結果，又要接受計算機對其工作條件的控制，因此，在程控接口電路設計時，設置了六種接口功能：源掛鉤功能（選用SH1功能子集）、受者掛鉤功能（選用AH1功能子集）、講功能（選用T5功能子集）、聽功能（選用L4功能子集）、遠地／本地功能（選用RL功能子集）和器件觸發功能（選用DT1功能子集）。 2 接口功能（IF）設計 如圖1所示是該儀器的原理框圖，其中接口功能電路由時序轉換與信號控制電路、MC68488和四片MC3448構成，由于MCS－51單片機的時序和MC68488的時序不同，因此時序轉換與信號控制電路是接口功能電路設計的關鍵。 2．1 MCS－51單片機和MC68488的時序圖 系統采用8031作為智能儀器（高速數據采集系統）的內部控制器，通過對MC68488的編程實現對A／D轉換的控制。系統的外部程序存儲器及數據存儲器的片選信號通過P2．3～P2．5三根地址線經3—8譯碼器74LS123產生。二者擴展地址分別為0000H～07FFH、0800H～1000H。圖 2所示為單片機8031和MC68488的時序對應關系圖。 2．2時序及信號轉換電路 MCS－51系列單片機和MC68488來自不同的廠家，控制方法及工作速度等均有很大差異，因此要實現二者的相互連接必須著重解決以下幾個問題： （1）時序配合； （2）控制信號轉換； （3）中斷信號調整。 2．2．1時序配合 MCS—51系列單片機工作時鐘頻率為1．2～12 MHz，若只考慮與高速數據采集系統的配合問題，似乎應選擇12 MHz的時鐘頻率，但單片機的工作性能在最高頻率時不穩定，故選擇了6 MHz的工作時鐘。MC68488的工作時鐘頻率為1 MHz，與單片機在時序上不匹配。因為MCS－51沒有等待或準備好引腳，為了既能實現與單片機在時序上的匹配，又能保證單片機的工作效率，就需要對單片機的PSEN、WR、RD、ALE和MC68488的E信號進行綜合考慮。 通過分析8031及MC68488的時序可知，在8031對外部數據寄存器進行讀寫時，PSEN始終為高電平。但在每進行一次讀寫前，8031必須先進行取指操作。因此，每個機器周期中，有效一次，且其頻率為1MHz。從波形圖上看，只需將PSEN、WR、RD進行如下運算即可得到與MC68488工作時鐘E信號一致的波形。 而且從高低電平的維持時間來看，組合信號高電平維持時間≥450ns，低電平維持時間≥450ns，完全滿足E信號對電平維持時間的要求。具體實現的硬件電路如圖3所示。 也可用單穩觸發器的脈沖寬度調整功能改變有關信號電平寬度的方法來滿足E信號的要求。但由于通過調單穩觸發器的外接電阻Rext和電容Cext很難調出準確的脈沖寬度，所以，該方法盡管理論上可行，實際難以實現。 2.2.2 讀寫控制信號信號(R／W)轉換 8031 CPU的讀寫信號是WR、RD兩根信號線,而MC68488所需的讀寫控制線是R／W一根。為了使8031 CPU能夠對MC68488進行正確的讀寫控制，需對其讀寫信號進行一定的轉換。WR、RD和R／W三者的關系可用表1表示。 由表1可以看出，將WR、RD分別作為RS觸發器的R和S兩個輸入端，則RS觸發器的輸出端Q得到的信號即為R／W，具體轉換電路如圖4所示。 2．2．3中斷信號調整 本接口是為高速數據采集系統而設計的，系統要求接口電路響應速度快，因此，工作方式采用外部中斷、邊沿激活方式，由TCON寄存器中的中斷方式位IT1或IT0來控制，若設ITX＝1，則采用了邊沿觸發方式。在相繼的兩個周期中ITX引腳進行兩次連續的采樣，若第一次為高電平，第二次為低電平，則TCON寄存器中的中斷請求標志位ITX被置為1，以請求中斷。由于外部中斷引腳每個機器周期被采樣一次，為確保采樣，由引腳INTX輸入的信號至少保持一個機器周期（12個震蕩周期），即高、低電平各保持一個機器周期（2μs），才能確保檢測到電平的跳變，從而把中斷請求標志置為1。但 MC68488的TRIG信號和IEQ信號輸出電平有效時間為1μs，直接接到8031的INTX引腳有可能出錯。為了使系統工作可靠，準確地發中斷，需要對此信號進行延時。我們采用可再重觸的雙單穩74LS123，電路如圖5所示。 Cext端之所以接地是為了在工作中得到最好的效果。 2．3通用接口適配器MC68488 8031 CPU通過對MC68488編程來實現對接口的管理及對高速數據采集系統的控制。采用MC68488設計的接口功能與采用中、小規模TTL電路及PAL組建的接口功能相比，具有節省硬件、簡化軟件及可靠性高等特點。 2．4總線收發器MC3488 該芯片主要用于TTL電平與MOS電平的轉換，以保證MC68488的輸入／輸出電平與GPIB接口母線電平的兼容。輸出可以是三態或集電極開路輸出。至于各個信號線的輸出采用哪種形式，要根據所設計的傳輸速度而定。因本接口是為高速數據采集系統而設計的，對速度要求高，故采用三態輸出。 2．5 GPIB接口母線 采用24芯電纜線。其中包括信號線16根（8根數據線DI01（DI08、掛鉤線3根（RAN、NRFD、NDAC）、管理母線5根（IFC、ATN、SRQ、EOI、REN）），地線8根。 3 系統軟件流程方框圖 4 結束語 由于計算機技術的不斷發展，它的用途越來越廣泛，計算機接口的設計也越來越重要。很多廠家為自己的計算機配置了專用的接口，但在有些大的測試系統中如果采用專用接口會使得系統結構龐大而且價格昂貴，另外，在實際應用中經常需要將不同廠家的產品配合起來使用，這樣專用接口將難以應用。而采用GPIB通用標準接口則完全彌補了專用接口的不足。本文所采用的方案即采用MC68488和8031 CPU配合實現IEEE—488接口，有一定的通用性，可推廣到以MCS－51系列單片機為中央處理器的所有儀器的接口設計。 |
